【《年产13万吨醋酸生产工艺计算过程案例》3700字】

[11]：氮气104.03+0.97y；氧气：81.56+0.03y;二氧化碳：480.59kg,则（104.03+0.97y）/(81.56+104.03+y+480.59)=45%y=376.44kg(其中氮气376.44×0.97=365.15kg;氧气376.44×0.03=11.29kg)塔顶干气量：氮气104.03+0.97×376.44=469.18kg;氧气：81.56+0.03×376.44=92.85kg;二氧化碳：480.59kg;醋酸：16978.03+62.9+13000×0.001=17051.93kg整理以上数据得出，以1h为基准对氧化塔进行物料衡算的结果，如表所示：表1.1.1氧化塔物料衡算进料含量（%）质量（kg/h）出料含量（%）质量（kg/h）原料工业氧工业氮催化剂总计CH3COOHH2O(CH3CHO)3CH3CHOO2N2N2O2H2OCH3COOHMn(Ac)239129355097.51104.03365.1511.2931.4562.9010.4818682.81kg/h氧化液放空废气CH3COOHCH3CHOH2OCH3COOCH3HCOOH(CH3CHO)3CH3CH(OAc)2Mn(Ac)2CO2N2CH3CHOO217051.9359.76271.44102.6162.661335.5210.48480.5930.79469.1892.8518682.81kg/h1.1.2蒸发器物料衡算根据已知数据进入蒸发器的进料流量为：F=17051.93+271.44+35.52+10.48=17371.37kg/h进料：w0=0.07w%，完成液：w1=8.0w%(w为醋酸锰的含量）蒸发器进出物料如图所示：图1.1.2蒸发器进出物料图由F•w0=L•w1可得L=（17371.37×0.07%）/8.0%=152kg/hW=F(1-X0/X1)=17219.37kg/h1.1.3脱低沸物塔物料衡算已知数据：（1）进料流量17219.37kg/h（2）w醋酸=0.968，水的质量分数为w水=0.0154（3）馏出液中醋酸含量3%，釜液中醋酸的回收率为98%（4）已知M醋酸=60kg/kmol，M水=18kg/kmol。精馏塔Ⅰ进出物料见图图1.1.3脱低沸物塔进出物料图则：进料组成：XF=(0.0154/18)/(0.0154/18+0.968/60)=0.0504进料平均摩尔质量：Mm=0.0504×18+（1―0.0504）×60=57.88kg/kmol进料流量：F=17219.37/57.88=297.50kmol/h列衡算式：,,;得：D=20.086kmol/hW=277.314kmol/hXD=0.72XW=0.00164即：D=20.086×[18×0.72+60×（1―0.72）]=597.76kg/hW=277.314×[18×0.00164+60×（1―0.00164）]=16619.74kg/h1.1.4脱高沸物塔物料衡算从以上计算出的数据可得：（1）进料流量F=16619.74+35.52=16655.26kg/h（2）进料醋酸含量0.968，馏出液中醋酸含量10%，成品醋酸含量99.8%。精馏塔Ⅱ进出物料见图图1.1.4脱高沸物塔进出物料图列衡算式：F=W+L,F×0.98=W×0.998+L×0.1得W=16321.41kg/h,L=331.85kg/h1.1.5醋酸回收塔物料衡算已知数据：（1）进料流量F=D1+L2=597.76+331.85=931.61kg/h。回收利用后，粗醋酸含量大于65%（按65%计算）。从精馏塔出来的醋酸含量为20%，副产物中醋酸含量为5%。。醋酸回收塔进出物料图图1.1.5醋酸回收塔进出物料图列衡算式：,,得X=698.71kg/hY=232.90kg/h对上述数据进行整理，得到每小时总物料衡算结果，如下表如下：表1.1.2总物料衡算汇总进料名称质量（kg/h）出料名称质量（kg/h）原料工业氧工业氮催化剂总计(CH3CHO)3CH3CHOH2OCH3COOHO2N2N2O2H2OCH3COOHMn(Ac)21293518682.81kg/h放空废气粗醋酸催化剂残液成品醋酸其它副产物量CO2O2N2CH3CHO480.59232.9016321.41901.0918682.81kg/h1.2热量衡算1.2.1氧化塔热量衡算设计条件为：进料的工业乙醛为13000kg/h，工作时间8000h/年，生产工业醋酸13万吨/年。已知w乙醛=99.3%，计算基准T=25℃（298K）。表1.2.1气体热力学数据表名称气体CP，kJ/(kmol•k)或kJ/molkJ/molO2N2CO2H2O(g)CH3CHO(g)CH3COOH(g)a36.16227.86528.6630.02131.07521.772b×10-30.8454.26835.70210.719117.273191.272C×10-6-36.577-76.831C’×10-5-4.3130.335-391.51-241.81-166.79-432.54-1192.48表1.2.2液体热力学数据表名称液体CPkJ/(kmol•k)kJ/molkJ/molCH3COOHH2OHCOOHCH3CHO(CH3CHO)3Mn(Ac)2CH3COOCH3CH3CH(OOCCH3)2121.96175.366101.30996.276237.926398.393145.201271.6-484.30-285.83-425.0-192.2-409.680-806.0-874.37-254.68-1165.791.2.1.1工业氧气、氮气带入总热量设进塔气温度为20℃。(1)已知每小时工业氧气中氧气质量流量为5097.51kg/h，则氧气的摩尔数：5097.51÷32=159.297kmol/h(2)纯氧气带入热量：(3)工业氧气中氮气的质量流量为104.03kg/h,氮气的千摩尔数：104.03÷28=1.715kmol/h(4)氮气带入热量：(5)氧氮总带入热量：1.2.1.2工业乙醛带入热量：则进料工业乙醛总带入的热量为：Q3=-142580.53kJ/h1.2.1.1.循环催化剂进料带入热量Q4设醋酸锰物料温度为40℃1.2.1.4.氧化液带出热量Q5

设氧化液带出口的温度为70℃，则∆t=70−25=45℃1.2.1.5.氧化塔中反应热的计算一定的温度，压力下，热量的变化等于焓变，根据公式已知主副反应中，以一小时进料乙醛在各反应中的分配率不同所得的的质量流量为基准，主副反应中其他物质的质量流量及其焓值如下表所示：表1.2.4各物质的在主副反应中的质量流量和焓值CH3CHOCH3COOHHCOOHCO2H2OC6H10O4CH3COOCH3主（96%）kg/h副1（1.4%）kg/h副2（0.25%）kg/h副3（0.95%）kg/h副4（1.4%）kg/hΔHkJ/h12330.68179.8232.11122.02179.82-484.3016814.56161.47-192.262.66-42559.9461.01359.64-391.5124.524.3824.96147.13-285.8335.52-806102.61-409.6801.2.1.6.塔顶尾气带出热量Q6设尾气温度为70℃，T=343K，按公式得：

所以尾气带走的总热量Q6=49112.762kJ/h.1.2.1.7热损失的计算设热损失为总带入热量的5%，则1.2.1.8循环水带出热量Q71.2.5氧化塔热量衡算表项目输入（）项目输出（）Q1Q2Q3Q反Q4总和-29001.205-541.220-142580.53-4.897×10114255.062-4.897×1011Q5Q6Q损Q7总和1.637×10649112.762-2.448×1010-4.652×1011-4.897×10111.2.2蒸发器热量衡算（1）氧化液带入热量Q1Q1=1.637×106kJ/h（2）设蒸发器出口处温度为125℃且催化剂各物质比值不变，已知催化液残液L=152kg/h则

则循环锰带出的热量为：Q2=Q循环锰=45027.745kJ/h（3）蒸发器带出的热量当T=125℃时，各物质的∆H和CP数值如下：表1.2.6物质数值表物质名称焓值热容数值水醋酸甲酸乙酸甲酯乙醛高沸物39475.823386.4920928.7225115.7218784.9823386.4934.2481.8361.93101.2165.9881.83注：高沸物以醋酸计按公式：,已知从蒸发器去脱低沸物塔的蒸汽量为W=17219.37kg/h。去脱低沸物塔的蒸汽带出的热量为：Q3=Q蒸发汽=9.538×106kJ/h（4）（5）加热蒸汽带入热量Q4表1.2.7蒸发器热量衡算结果项目输入（kJ/h）项目输出（kJ/h）Q1Q4总和1.637×1067.946×1069.583×106Q2Q3总和45027.7459.538×1069.583×1061.2.3脱低沸物塔热量衡算（1）蒸发汽带入的热量Q蒸汽（2）塔顶物料带出热量Q顶排的计算设塔顶温度为105℃，此时各物质的参数如下：表1.2.8塔顶排出物质物性表物质名称CP∆H醋酸（g）水（g）甲酸（g）乙醛（g）乙酸甲酯（g）78.7334.1052.1361.4796.7924669.8040419.021764.0320842.8726759.12由精馏塔Ⅰ物料衡算知：塔顶流出物D=597.76kg/h,其中流出液中醋酸含量为3%，则q醋酸=3%D=3%×597.76=17.933kg/h，已知q甲酸=62.66kg/h,q乙醛=59.76kg/h,q乙酸甲酯=102.61kg/h故q水=354.797kg/h。按公式所以塔顶流出液带走的总热量为：Q顶排=978097.577kJ/h（3）冷却水移走的热量Q3及其用量据计算回流比R=25设计冷却水的进口温度为15℃，出口温度为65℃，则Δt=50℃；设理论冷却水的用量为W,（4）脱低沸物塔向脱高沸物塔串料所带热量Q串料的计算查得在T=126℃时,各个物质的基础数据如下：表1.2.9各个物质的数据物质CP∆HkJ/kmol醋酸水亚乙基二乙酸酯81.9034.26271.623341.6939420\由精馏塔Ⅰ的物料衡算知：塔底釜液W=16619.74kg/h其中釜液中醋酸的回收率为98%，则q醋酸=16592.484kg/h,已知q亚乙基二乙酸酯=35.52kg/h,故q水=27.256kg/h,按公式所以脱低沸物塔向脱高沸物塔串料所带出热量：Q串料=8.814×106kJ/h（5）热损失Q损的计算（6）加热蒸汽量的计算当绝对压力为时，水的汽化潜热,理论加热蒸汽量为取安全系数为1.1，则实际加热蒸汽量为表1.2.10脱低沸物塔热量衡算结果项目输入（kJ/h）项目输出（kJ/h）Q蒸发器Q水蒸汽总和9.538×1062.651×1071.605×107Q顶排Q冷却水Q串料Q损总和978097.5772.445×1078.814×1061.802×1061.605×1071.2.4脱高沸物塔热量衡算（1）串料带入热量Q1Q1=Q串料=8.814×106kJ/h（2）塔顶排出热量Q顶排设醋酸出口温度为120℃表1.2.11120℃塔顶各物质物性值表物质比热容生产焓H2OCH3COOH34.2180.9039694.4023611.40由精馏塔Ⅱ物料算知：塔底馏出液L=331.85kg/h;其中醋酸含量为10%（3）塔底釜液成品酸带出热量Q出的计算由精馏塔Ⅱ物料衡算知：釜液W=16321.41kg/h,其中成品醋酸含量为99.8%。（4）损失热量Q损的计算表1.2.12脱高沸物塔热量衡算表进入（kJ/h）放出（kJ/h）Q串料Q水蒸气总和8.814×1061.062×1069.87